西北核技术研究所, 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
给出了两种适用于二维单步交替方向隐式时域有限差分(2-D Leapfrog ADI-FDTD)方法的吸收边界：Mur边界和卷积完全匹配层(CPML)边界。单步交替方向隐式时域有限差分(Leapfrog ADI-FDTD)方法是一种无条件稳定的全隐式差分算法, 由于二维空间Leapfrog ADI-FDTD的迭代同时存在显式和隐式方程, 故而不同电磁分量的边界条件也存在差异。从原理出发, 推导了适用于2-D Leapfrog ADI-FDTD方法的CPML边界条件, 并与一阶Mur边界进行比较, 利用自由空间的反射误差来表征两种边界的吸收性能, 简要总结了两种吸收边界的优缺点。
无条件稳定 Mur吸收边界 CPML吸收边界 吸收性能 leapfrog ADI-FDTD Leapfrog ADI-FDTD unconditional stability Mur absorbing boundary condition CPML absorbing boundary condition absorbing ability 强激光与粒子束
2018, 30(10): 103204
1 江苏大学 通信工程系, 江苏 镇江 212013
2 东南大学 毫米波国家重点实验室, 南京 210096
基于磁化等离子体本构方程，提出了一种截断各向异性色散介质的修正的各向异性完全匹配层(M-UPML)吸收边界算法。通过等效相对介电常数，将UPML推广到截断各向异性等离子体介质的情形，并推导了其时域有限差分方法(FDTD)迭代式。用该方法计算了半空间磁化与非磁化等离子体的反射系数，计算结果与解析解相一致，表明该吸收边界具有良好的吸收效果。
时域有限差分方法 完全匹配层 磁等离子体 吸收边界 finite-difference time-domain method perfectly matched layer magnetized plasma absorbing boundary condition
1 解放军信息工程大学， 郑州 450002
2 解放军61785部队， 北京 100075
采用时域有限差分方法(FDTD)对高功率微波(HPM)近地面传输进行了仿真，其中提出的一种完全匹配层-广义完全匹配层混合吸收边界，较好地抑制了常规FDTD方法在计算低掠射角入射时产生的边缘绕射现象。将理想水平地面数值计算结果与解析法结果对比验证计算模型的正确性，通过数值计算结果分析高功率微波粗糙地面的散射特性。理论分析和仿真结果表明：粗糙地面对散射系数变化影响较明显，从宏观角度上看，散射系数曲线同理想水平地面散射系数曲线相似，即随掠射角的增大散射系数先减小后增大；从微观角度上看，由于粗糙地面的作用，其散射系数曲线并不存在布鲁斯特角，且在某一区域并非单调增加或减小。
高功率微波 粗糙地面 散射特性 时域有限差分 混合吸收边界 high power microwave rough ground scattering property finite difference time domain mixed absor-bing boundary
1 国防科学技术大学 理学院, 长沙 410073
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
3 国防科学技术大学 计算机学院, 长沙 410073
基于Berenger完全匹配层的基本思想, 导出了高斯单位制下2维完全匹配层吸收介质的控制方程及参数设置方法, 并进行了数值验证和参数优化。依据所得结论编制了相应的吸收边界模块加入到2D3V等离子体粒子模拟程序PLASIM中, 取得了良好的吸收效果。基于完全匹配层吸收边界的实现, 在小窗口内对超强激光预脉冲与低密度等离子体的长时间相互作用过程进行了模拟研究, 结果表明:激光强度和作用时间是影响等离子体密度改变的重要因素, 超强激光其长时间的预脉冲可以通过有质动力的累积效应在低密度等离子体中引起较大的密度变化。
完全匹配层 吸收边界 高斯制 粒子模拟 反射率 perfectly matched layer absorbing boundary condition Gaussian unit PIC simulation reflectivity
针对Gedney提出的完全匹配层(PML)无法用于有耗各向同性计算域的截断及其对倏逝波的衰减不理想等问题,提出了一种扩展方法。扩展的PML的主要思想是在各向异性的PML中引入与有耗介质空间相一致的复介电常数和复磁导率,使之可以与有耗介质计算域相匹配。通过给PML的张量介电常数、张量磁导率增加衰减因子以加速倏逝波的衰减。构造了PML吸收效果验证模型,数值结果证明了扩展的PML在处理有耗介质计算域截断问题中的有效性。利用该吸收边界条件,采用时域有限差分法计算了电磁脉冲作用下地面铺设电缆的电磁脉冲响应,计算结果和试验结果取得了较好的一致。
完全匹配层 吸收边界条件 有耗介质 倏逝波 时域有限差分法 电磁脉冲 perfectly matched layer absorbing boundary condition lossy media evanescent wave finite difference time domain method electromagnetic pulse 强激光与粒子束
2009, 21(11): 1701
提出了采用二阶吸收边界条件的全矢量平面伽辽金有限元模型,用于分析任意横截面形状和各向异性折射率分布的光纤的传导模式和泄漏模式,能精确求出各模式传输常量的实部和虚部以及模场分布,既不出现伪解,又不漏解.推导了各向异性介质全矢量耦合波动方程及其变分形式,给出了基于结点的二阶三角形单元的离散公式和单元矩阵,成功的将二阶吸收边界条件加入外边界二次线性单元的离散公式.计算表明采用该模型分析光子晶体光纤模式有效折射率与采用多极方法和基于离散函数展开的有限差分法所得结果吻合很好,采用二阶吸收边界条件计算限制损耗比一阶吸收边界条件结果精确.
光纤光学 模式分析 有限元法 二阶吸收边界条件
实现了时域有限差分法的Gedney完全匹配层吸收边界条件,并进行了数值验证和参数优化.从结果可以看出其有较低的反射,性能优良;对吸收媒质厚度和电导率分布阶数的参数优化结果与Gedney经验值基本一致.将此吸收边界模块加入到国产粒子模拟软件CHIPIC中,同美国商业粒子模拟软件MAGIC相比有更好的吸收效果.通过对2维极坐标下磁控管的模拟,证明了此吸收边界具有实际应用价值.
吸收边界 完全匹配层(PML) PIC模拟 磁控管
利用槽隙加载及短接技术设计了双频小型微带天线.通过调节短接面宽度,两谐振频率f10及f30可明显降低,天线尺寸显著减小,而且频比(f30/f10)的可调范围为L
7～2.3.首次将三维H-MRTD(Haar-Wavelet-Based Multiresolu-tion Time Domain)全波分析方法应用于该天线的建模和分析,并将H-MRTD数值计算公式推广到了非均匀有耗媒质中.数值模拟结果同传统FDTD(Finite
Difference Time Domain)方法及实验结果进行了比较.结果表明,每个波长只需取较少的空间离散网格,三维H-MRTD时域全波分析方法便能较精确地模拟微机械微带天线,并能有效地减少CPU计算时间及节省计算机内存.
双频天线 H-MRTD方法 FDTD方法 微机械 UPML吸收边界条件
1 蚌埠坦克学院,物理教研室,安徽,蚌埠,233013
2 国防科技大学,光子晶体研究中心,湖南,长沙,410073
将传输矩阵法(TMM)用于光子晶体传输特性的理论研究,采用Mur近似吸收边界和周期边界来截断计算区域,研究了以TM模正入射时,二维方格子光子晶体在完整周期结构下和有缺陷结构下的透过率谱;在微波波段制作了光子晶体模型,并设计了实验装置;实验与数值模拟计算取得了基本一致的结果.
光子晶体 光子禁带 传输矩阵 吸收边界 透射谱
根据色散媒质的性质及电磁波在两不同媒质交界面上反射的机理,证明并分析了在理想匹配层吸收边界中引入色散可实现有效吸收入射到吸收边界上的电磁波,从而达到减少时域有限差分法计算区域和计算误差的目的.
时域有限差分法 理想匹配层吸收边界 色散媒质 误差分析
